塑料超聲波焊接工藝研究

摘 要：隨著材料焊接的多樣化，塑料焊接技術多種多樣，超聲波塑料焊接的廣泛運用，超聲波塑料焊接以低成本，高性能的顯著優勢被大量運用，但參數要求嚴格。本文簡述了超聲波塑料焊接技術，并研究了塑料超聲波焊接的針對各類塑料材質的參數設置以及影響參數，給實際操作人員以借鑒，促進焊接效果及質量的提升。

關鍵詞：超聲波焊接;調幅器;焊頭;振幅;導熔線

超聲波焊接是利用超聲波振動頻率，接觸摩擦產生熱能而使兩個塑膠件在焊接界面熔融而固定在一起。超聲波焊接是一種快捷、干凈、有效的裝配工藝，用于滿足塑膠件高強度的裝配要求，是廣泛使用的一種先進裝配技術，適用于多種類型塑膠件的裝配。正常情況下，超聲波焊件具有較高的抗拉強度，可以取代溶劑粘膠及機械緊固等裝配方法，同時還可以具有防水、防潮的密封效果。

1 超聲波焊接簡介

（1）超聲波焊接的工作原理是通過超聲波發生器將50Hz或60Hz電流轉換成15kHz、20kHz、30kHz或40kHz的電能，被轉換的高頻電能通過換能器再次被轉換成為同等頻率的機械運動，隨后機械運動通過一套可以改變振幅的調幅器裝置傳遞到焊頭，如圖1所示。

（2）超聲波焊機焊接過程簡介。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接塑膠件的界面，在該區域，振動能量通過摩擦方式被轉換為熱能，將塑料熔化，振動停止后維持在塑膠件上的短暫壓力使兩塑膠件以分子連接方式凝固為一體，如圖2所示。

2 塑料可焊性簡介

超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于于—種或者相似塑料之間的焊接。如果兩個塑膠件材料不同，多數時候超聲波焊接無能為力。因此，一定選定超聲波焊接工藝，就不能輕易更改零件材料，如圖3所示。在超聲波塑料焊接過程中，為了達到更好的焊接效果，在材質選用過程中，為了確保很好的熔接在一起，盡量選用同類材質焊接。

3 塑料超聲波焊接的焊接結構以及影響參數研究

超聲波焊接設備通過功率發生器，裝換15KZ/20KHZ/30KHZ/40KHZ電能后，對應相關換能器振幅分別為30um/20um/15um/8um。換能器經過調整幅器及焊頭將振幅放大。如圖4所示：

超聲波焊接不是所有塑料焊接選擇的參數都一致。不同材質使用的焊接參數也不一樣，因此，一定選定超聲波焊接工藝，就不能輕易將參數固定。如圖5圖6所示：

塑膠零件的超聲波焊接導熔線設計：

合理的超聲波塑膠結構設計，對超聲波焊接工藝可以起到事半功倍的影響，超聲波焊接時，兩個塑膠件的初始接觸面積必須足夠小，以集中能量，同時減少塑料熔化和熔合所需的總體能量。導熔線（或稱導熔線柱、超聲線）即是這樣的一種結構，是在一個塑膠件焊接界面上凸起的三角形柱，頂端越尖越好，基本作用是將振動能量聚集在三角形的尖端，其后累積的熱量在整個焊接界面形成均勻的塑料熔流。

導熔線的優點包括：（1）增加焊接的強度，減少虛焊。導熔線利于兩個塑膠件的熔合，可提高焊接的強度。使用導熔線的超聲波焊接如果發生虛焊，則兩個塑膠件之間會出現斷差，很容易發現虛焊的缺陷、繼而避免虛焊的產生;而沒有導熔線的超聲波焊接如果發生了虛焊，則很難通過外觀進行辨別。（2）減少溢料，提高外觀。導熔線使得焊頭與塑膠件的接觸時間縮短，因此較少溢膠。另外，由于焊接區域變小，避免了材料堆積從而減少溢膠。通過合理的導熔線及焊接結構設計，超聲波焊接可以具有高品質的外觀。（3）縮短焊接時間。導熔線可減少塑料熔化和熔合所需的總體能量，繼而縮短焊接時間，圖7所示為無導熔線與有導熔線的焊接時間對比，使用導熔線的焊接塑料更早熔化和熔合成一體。同時，焊接時間的縮短有助于避免塑膠件長時間焊接而引起的過焊問題。如圖7所示：

4 結論

超聲波焊接技術被廣泛應用與各個領域，技術也在不斷的實踐中逐漸成熟，在超聲波塑料焊接過程中，針對設備型號選用，焊料選用及焊接導熔線的設計都將影響焊接品質。因此在導入超聲波塑料焊接前要對相關把控。提升塑料焊接質量。

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作者簡介：萬旭（1985—），男，漢族，湖北荊州人，本科，研究方向：安全工程。